机构的组成和结构.ppt

第第1章章 机构的组成和结构机构的组成和结构1.1 机构的组成机构的组成1.2 机构运动简图机构运动简图1.3 机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件1.4 机构的组成原理和结构分析机构的组成原理和结构分析机构：具有确定运动的实物组合体机构：具有确定运动的实物组合体零件：单独加工的制造单元体零件：单独加工的制造单元体1.1 机构的组成机构的组成 构件：每一个独立影响机构功能构件：每一个独立影响机构功能 并且能单独运动的单元体并且能单独运动的单元体,一个构件可以由一个或多一个构件可以由一个或多 个零件组成。个零件组成。1.1.1 构件构件1.1.2 运动副运动副运动副：两个构件之间直接接触所形成的可动联接运动副：两个构件之间直接接触所形成的可动联接两个相邻构件直接接触两个相邻构件直接接触两者之间允许一定的相对运动两者之间允许一定的相对运动每个构件至少和另外一个构件通过运动副联接每个构件至少和另外一个构件通过运动副联接副元素：副元素：两个构件上参与接触构成运动副的部分（点、线、面）两个构件上参与接触构成运动副的部分（点、线、面）自由度：自由度：构件所具有的独立运动的数目，或确定构件位置所构件所具有的独立运动的数目，或确定构件位置所 需的独立变量的数目需的独立变量的数目自由构件自由构件(空间空间)：F=6自由构件自由构件(平面平面)：F=3约束：运动副对构件独立运动所加的限制约束：运动副对构件独立运动所加的限制运动副的分类方法：运动副的分类方法：1 按照运动副的相对运动形式分类按照运动副的相对运动形式分类平面运动副、空间运动副平面运动副、空间运动副2 按照运动副的接触形式分类按照运动副的接触形式分类低副、高副低副、高副4 按照运动副接触部分的几何形状分类按照运动副接触部分的几何形状分类圆柱副、平面与平面副、球面副、螺旋副、球面与平面副等圆柱副、平面与平面副、球面副、螺旋副、球面与平面副等3 按照运动副引入的约束数目分类按照运动副引入的约束数目分类n 级副级副n=1,2 5按接触部分的几何形状分类：按接触部分的几何形状分类：按接触形式分类：按接触形式分类：按引入的约束数目分类：按引入的约束数目分类：按相对运动形式分类：按相对运动形式分类：平面运动副平面运动副低副低副转动副转动副五级副五级副RP按接触部分的几何形状分类：按接触部分的几何形状分类：按接触形式分类：按接触形式分类：按引入的约束数目分类：按引入的约束数目分类：按相对运动形式分类：按相对运动形式分类：平面运动副平面运动副低副低副移动副移动副五级副五级副按接触形式分类：按接触形式分类：按引入的约束数目分类：按引入的约束数目分类：按相对运动形式分类：按相对运动形式分类：按接触部分的几何形状分类：按接触部分的几何形状分类：平面运动副平面运动副高副高副平面高副平面高副四级副四级副低副机构低副机构高副机构高副机构1.1.3 运动链运动链运动链：运动链：两个或两个以上的构件通过运动副联接而构成的系统两个或两个以上的构件通过运动副联接而构成的系统n开式运动链（开链开式运动链（开链）n运动链的各构件未构成首末封闭系统运动链的各构件未构成首末封闭系统n 闭式运动链（闭链闭式运动链（闭链）n 运动链的各构件构成首末封闭的系统运动链的各构件构成首末封闭的系统1.1.4 机构机构机机 构：构：在运动链中，如果将某一个构件加以固定，而让另一在运动链中，如果将某一个构件加以固定，而让另一个或几个构件按给定运动规律相对固定构件运动时，如果运动链个或几个构件按给定运动规律相对固定构件运动时，如果运动链中其余各活动构件都有确定的相对运动，则此运动链称为机构。中其余各活动构件都有确定的相对运动，则此运动链称为机构。机构是具有确定运动的运动链机构是具有确定运动的运动链。机架机架原动件原动件从动件从动件在运动链中，将某一个构件加以固定，而让另一个或几个构件按在运动链中，将某一个构件加以固定，而让另一个或几个构件按给定运动规律相对固定构件运动时，如果运动链中其余各构件都给定运动规律相对固定构件运动时，如果运动链中其余各构件都有确定的相对运动，则此运动链成为机构。有确定的相对运动，则此运动链成为机构。v 闭式链机构闭式链机构v 开式链机构开式链机构 运动链运动链 具有确定的相对运动具有确定的相对运动机构机构桁架桁架运动链运动链相对运动不确定相对运动不确定无相对运动无相对运动分析现有机构分析现有机构新机械的运动方案设计新机械的运动方案设计1.2 机构运动简图机构运动简图 用国标规定的简单符号和线条代表运动副和构件，并按用国标规定的简单符号和线条代表运动副和构件，并按一定比例尺表示机构的运动尺寸，绘制出表示机构的简明图一定比例尺表示机构的运动尺寸，绘制出表示机构的简明图形。机构运动简图与原机械具有完全相同运动特性。形。机构运动简图与原机械具有完全相同运动特性。用于现有机械或新机械原理方案的设计、分析与讨论用于现有机械或新机械原理方案的设计、分析与讨论重点在于机构的运动分析重点在于机构的运动分析构件的具体结构、组成方式等在方案设计阶段并不影响构件的具体结构、组成方式等在方案设计阶段并不影响 机构的运动特性机构的运动特性运动副类型表明了构件之间的联接关系和传动方式运动副类型表明了构件之间的联接关系和传动方式构件的运动尺寸是运动分析的基础构件的运动尺寸是运动分析的基础不严格按比例可绘制机构示意图不严格按比例可绘制机构示意图国标规定的构件和运动副的表示符号国标规定的构件和运动副的表示符号运动简图的绘制方法运动简图的绘制方法1.2.1 构件与运动副的表达方法构件与运动副的表达方法机架机架AB机架和活动构件通过转动副联接机架和活动构件通过转动副联接 (内副内副)机架和活动构件通过移动副联接机架和活动构件通过移动副联接两个活动构件联接两个活动构件联接双副构件双副构件(一个构件和两个外副一个构件和两个外副)注：点划线表示与其联注：点划线表示与其联接的其他构件接的其他构件双副构件双副构件(一个构件和两个外副一个构件和两个外副)偏心轮偏心轮AB12BA21三副构件三副构件(一个构件和三个外副一个构件和三个外副)三副构件三副构件(一个构件和三个外副一个构件和三个外副)原动机原动机1.2.2 运动简图的绘制运动简图的绘制小型压力机小型压力机编号原则：编号原则：注意区分位置重叠的不注意区分位置重叠的不同构件和同轴刚性联接的多个零件。同构件和同轴刚性联接的多个零件。前者分别编号，后者采用一个编号，前者分别编号，后者采用一个编号，加加 以示区别。以示区别。1.分析整个机构的工作原理分析整个机构的工作原理机构组成机构组成动作原理和运动情况动作原理和运动情况偏心轮偏心轮1 齿轮齿轮1 杆件杆件2 齿轮齿轮6 杆件杆件3 槽凸轮槽凸轮6 杆件杆件4 滑块滑块7 压头压头8原动件原动件执行构件执行构件2.沿着传动路线，分析相沿着传动路线，分析相邻构件之间的相对运动关系，邻构件之间的相对运动关系，确定运动副的类型和数目。确定运动副的类型和数目。转动副转动副移动副移动副平面高副平面高副3.选择适当的视图平面选择适当的视图平面 选择原则选择原则1 1 清楚表达机构的主体部分；清楚表达机构的主体部分；2 2 尽可能反映机构的全面运动；尽可能反映机构的全面运动；3 3 可以选择其他视图平面作为补充。可以选择其他视图平面作为补充。1.2.2 运动简图的绘制运动简图的绘制 1.分析整个机构的工作原理分析整个机构的工作原理2.沿着传动路线，分析相邻构件之间的相对运动沿着传动路线，分析相邻构件之间的相对运动 关系，确定运动副的类型和数目关系，确定运动副的类型和数目3.选择适当的视图平面选择适当的视图平面4.绘图绘图选择机架选择机架提取构件的运动尺寸提取构件的运动尺寸确定比例尺确定比例尺选择机构运动中的一个状态选择机构运动中的一个状态确定各运动副位置，绘图确定各运动副位置，绘图编号：编号：A、B、C 表示运动副表示运动副 1、2、3 表示构件表示构件 O1、O2表示固定转轴表示固定转轴 原动件的运动方向原动件的运动方向 运动链运动链 具有确定的相对运动具有确定的相对运动机构机构桁架桁架运动链运动链相对运动不确定相对运动不确定无相对运动无相对运动1.3 运动链成为机构的条件运动链成为机构的条件 运动链的自由度：确定运动链中各构件相对与其中某一构件运动链的自由度：确定运动链中各构件相对与其中某一构件的位置所需要的独立参变量的数目。的位置所需要的独立参变量的数目。运动链的自由度运动链的自由度 F=6n-5P5-4P4-3P3-2P2 P1机架机架1 1F=0活动构件活动构件 2 2F=6K K级级运运动动副副F=6-kn 为活动构件数目为活动构件数目，Pk 表示表示 k 级副的数目级副的数目自动驾驶仪操作装置自动驾驶仪操作装置1.3.1 运动链的自由度计算运动链的自由度计算2314构件数目：构件数目：N=4活动构件数目：活动构件数目：n=3运动副：运动副：机架机架1和活塞和活塞2：圆柱副（：圆柱副（4级副）级副）活塞活塞2和连杆和连杆3：转动副（：转动副（5级副）级副）连杆连杆3和摇杆和摇杆4：球面副（：球面副（3级副）级副）摇杆摇杆4和机架和机架1：转动副（：转动副（5级副）级副）P3=1 P4=1 P5=22314F=6n-5P5-4P4-3P3-2P2 P1 =63524131 =1P3=1 P4=1 P5=2n=32314公共约束作用下的运动链自由度公共约束作用下的运动链自由度平面运动链自由度平面运动链自由度 平面运动链的自由度平面运动链的自由度 F=3n-2P5-P4q=3 n n 为活动构件数目为活动构件数目 平面运动链中只有平面运动链中只有4 4 级副级副 和和5 5级副（转动副、移动级副（转动副、移动 副和平面高副）副和平面高副）例：计算平面运动链自由度例：计算平面运动链自由度12345P4=1 P5=5n=4F=34 25 1=11.3.2 运动链成为机构的条件运动链成为机构的条件运动链的自由度运动链的自由度 F=?运动链的运动情况如何运动链的运动情况如何?Fa=32-23=0 Fb=33-25=-1F 0 运动链不能运动，不成为机构运动链不能运动，不成为机构 F=34-25=21 个原动件个原动件F 0，但原动件数目小，但原动件数目小于自由度数目，运动链于自由度数目，运动链运动不确定，不能成为运动不确定，不能成为机构。机构。F=33-24=12 个原动件个原动件F 0，但原动件数目大，但原动件数目大于自由度数目，运动链于自由度数目，运动链被破坏，不能成为机构。被破坏，不能成为机构。运动链成为机构的条件：运动链成为机构的条件：运动链中取一个构件相对固定作为机架，运动链运动链中取一个构件相对固定作为机架，运动链 相对于机架的自由度必须大于零，且原动件数目相对于机架的自由度必须大于零，且原动件数目 等于运动链自由度数。等于运动链自由度数。满足此条件的运动链即成为机构，机构自由度的满足此条件的运动链即成为机构，机构自由度的 计算可采用运动链自由度的计算公式。计算可采用运动链自由度的计算公式。“机构机构”的定义：在运动链中，将某一个构件加以固定，而让另的定义：在运动链中，将某一个构件加以固定，而让另一个或几个构件按给定运动规律相对固定构件运动时，如果运动一个或几个构件按给定运动规律相对固定构件运动时，如果运动链中其余各构件都有确定的相对运动，则此运动链成为机构。链中其余各构件都有确定的相对运动，则此运动链成为机构。F=1 1 个原动件：活塞个原动件：活塞 实现摇杆的往复摆动实现摇杆的往复摆动1.3.3 计算机构自由度时应注意的问题计算机构自由度时应注意的问题 问题问题1：复合铰链复合铰链两个以上的构件在同一处以转动副两个以上的构件在同一处以转动副联接所构成的运动副。联接所构成的运动副。解决方案解决方案k 个构件在同一处构成复合铰链，个构件在同一处构成复合铰链，实际上构成了实际上构成了(k-1)个转动副。个转动副。F=35-27=1解决方案解决方案计算机构自由度时，假想滚子和安装滚子计算机构自由度时，假想滚子和安装滚子的构件固接为一个整体，成为一个构件的构件固接为一个整体，成为一个构件或在计算结果中去除局部自由度或在计算结果中去除局部自由度 问题问题2：局部自由度局部自由度 某些构件具有的只影响自身局部运动而不影响其它构件运动的自某些构件具有的只影响自身局部运动而不影响其它构件运动的自由度，经常发生在将滑动摩擦变为滚动摩擦的场合。由度，经常发生在将滑动摩擦变为滚动摩擦的场合。问题问题3：虚约束虚约束 在特定的几何条件或结构条件下，某些运动副所引入在特定的几何条件或结构条件下，某些运动副所引入的约束可能与其它运动副所起的限制作用是一致的。这的约束可能与其它运动副所起的限制作用是一致的。这种不起独立限制作用的重复约束称为虚约束。种不起独立限制作用的重复约束称为虚约束。场合一：两个构件之间形成多个运动副场合一：两个构件之间形成多个运动副 F=31-22=-1 解决方案解决方案计算机构自由度时，不考虑虚约束的作用，认为计算机构自由度时，不考虑虚约束的作用，认为两个构件之间只形成一个运动副两个构件之间只形成一个运动副 F=31-21=1两个构件之间形成多个与导路重合或平行的移动副两个构件之间形成多个与导路重合或平行的移动副等宽凸轮机构等宽凸轮机构等径凸轮机构等径凸轮机构场合二：两构件上某两点之间的距离在运动中保持不变场合二：两构件上某两点之间的距离在运动中保持不变5EF F=31-22=-1 AB CD AF DE点点E、F距离在运动过程中始终不变距离在运动过程中始终不变 杆式联轴器杆式联轴器ABAB=BC=BD 0,原动件数目等于自由度数目原动件数目等于自由度数目 平面运动链自由度计算方法和注意事项平面运动链自由度计算方法和注意事项